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宽浅陡槽泄水运用时水深浅、流速大,边壁糙率、水流掺气等各种影响相对增强,致使这类水流缺乏对外界干扰的遏制能力、泄流不稳定,陡槽末端主流偏移,消力池出现立轴旋涡,消能不充分。本论文以前期典型工程宽浅陡槽的研究成果为基础,通过改变陡槽底坡的系列模型试验研究宽浅急流水流特性,探讨影响宽浅陡槽泄水消能流态稳定的主要原因;从提高宽浅急流稳定性,调整水流动量横向分布出发,根据前期研究提出的潜没式三角翼体进行介入式控导措施,进一步分析潜没式三角翼体控导宽浅急流的机理,寻求不同水流强度、不同流量大小条件下潜没式三角翼的设计参数。
论文首先采取概化模型,选取不同底坡陡槽进行试验,研究不同水流强度(Fr)情况下宽浅急流动量分布特征及其稳定性。研究表明宽浅急流能量损耗远大于一般明渠急流,且动量横向分布存在两种不同形态:“椭圆型”与“马鞍型”,前者水流稳定性差,有可能产生立轴旋涡,降低消能率;后者水流稳定性好,消能比较充分。同时研究发现,相同流量下,随着弗劳德数Fr的增大,水流的抗扰动能力相应增强。提出宽浅急流是否稳定主要取决于跃前断面宽深比B/h和弗劳德数Fr两个要素,并拟合出用于判别宽浅陡槽急流稳定性的临界曲线,该曲线可为研究急流控制理论提供参考。
根据前期研究所提出的潜没式三角翼体的基本体型,在系列模型试验中,采取改变三角翼体设计参数,研究不同底坡、不同流量条件下潜没式三角翼体控导宽浅急流的方法与实际效果,进一步分析其控导机理,以消力池跃前断面达到“马鞍型”动量分布为目的,重点分析潜没式三角翼体介入宽浅急流后的动量分布特征与干扰波的传播特性;以干扰线最优动量分配系数值为指标,总结归纳出适应于所研究水流条件下的潜没式三角翼的体型、几何参数与设置位置。通过回归分析,得到三角翼体无量纲因子与相对应的最佳水力条件的相关方程。并总结潜没式三角翼体的设置原则,为三角翼体在实际工程中应用提供设计参数。